[科普中国]-可变车速控制

可变车速控制(variable seed control)是指在路段上以一定的间隔设立可变车速标志，指示司实现车速均匀变化，避免前方路段车辆拥挤时发生尾端冲撞事故的路段控制。限速的目的就是使驾驶员的驾驶行为变得更加一致，从而实现改善交通安全、缓解交通拥挤、减少污染和降低能耗等控制目的。

简介可变车速控制(variable seed control)是指在路段上以一定的间隔设立可变车速标志，指示司实现车速均匀变化，避免前方路段车辆拥挤时发生尾端冲撞事故的路段控制1。

可变限速控制策略限速的目的就是使驾驶员的驾驶行为变得更加一致，从而实现改善交通安全、缓解交通拥挤、减少污染和降低能耗等控制目的。我国高速公路和城市快速道路运行的主要问题是拥挤和事故，因此以改善行车安全、缓解交通拥挤为控制目标对可变限速控制进行研究。

国内外多以85% 位车速作为限速值，然而85% 位车速改善行车安全的作用取决于车速分布的离散程度，即车速离散性越小，作用越明显。由于挤时车速分布的离散性往往很大，因此85%位车速并不起什么作用，这就需要深入分析拥挤产生的原因，从而提出合理的可变限速控制策略。拥挤可以分为两类，即需求增加引起的拥挤和通行能力下降引起的拥挤(如道路几何条件制约、事故等引起的供给不足)2。

对于需求所致拥挤的控制对于高速公路和封闭式的城市快速道路，当车流密度较低时，驾驶员选择速度的自由度很大，车间距较大。随着密度的增加，选择速度和驾驶的自由度减小，跟车变得越来越多，平均车速随之降低。这时候，只要车辆到达率小于通行能力，车辆就能够以较低的速度稳定行进。然而，当车辆到达率大于通行能力时，瓶颈路段上游就会出现排队，交通状况随之迅速恶化。

从我国高速公路和城市快速路的运行特点来看，造成交通流不稳定的主要原因是车头时距小、车速离散性大和交通扰动频繁。而交通流不稳定时就会发生车辆在队列中停停走走的拥挤现象，甚至是严重的拥堵。

国内外对高速公路和城市快速道路的观测数据显示，交通流的密度存在一个临界值，大于该值，车速离散性很大，容易引起更多的交通扰动，造成交通流不稳定。而车速离散性增大正是由车头时距离散性增大引起的，因此也存在一个“临界平均车头时距”，小于该值车速离散性和车头时距离散性都变得很大。这样，当密度大于临界密度值时，就会造成车头时距小、车速离散性大，交通扰动频繁等结果，从而引起交通流的不稳定。结合以上的分析，可以概括出需求所致拥挤的控制策略：

(1) 确定道路的临界密度的大小；

(2) 当密度超过临界密度值时，减小限速值；

(3) 当密度继续增大时，进一步减小限速值。

即临界密度的确定，是一项重要的基础工作。国内大多数高速公路和城市快速路都埋设了环形线圈等检测器用以检测流量、速度和占有率等交通参数，积累了大量数据，这就为确定临界密度提供了条件。

当密度小于临近密度时，可以简单地用85%位车速作为限速值，但是当密度超过临界密度时，由于车速分布的离散性过大，就需要降低限速值，以防止车速分布的离散性过大和平距车头时距超过临界值，从而保证交通流的稳定和维持较大的流量，减小事故发生的可能性，推迟或避免拥挤的发生1。

对于供给所致拥挤的控制对于供给所致拥挤的基本控制策略，假设可变限速标志沿着行车方向等间距布置，道路在逻辑上被分成若干小段(控制单元)，每个小段至少包含一个VSL。假设初始的限速值为100km/h，事故发生在小段上，则对于供给所致拥挤的控制策略为：

(1) 对事故发生的小段进行限速控制，限速值可以由管理人员通过控制台人工设置。

(2) 设置事故上游相关路段的限速值，离事故从远到近限速值逐渐减小。

(3) 距离事故一定距离以外的小段的限速值保持为原来的值不变。

具体在进行限速控制时，控制算法将根据交通需求(或到达率)的变化而改变事故上游路段的限速值3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学